新型装配式防屈曲支撑钢框架结构狗骨式连接节点单元

技术领域

本发明涉及建筑结构技术领域，特别涉及一种新型装配式防屈曲支撑钢框架结构狗骨式连接节点单元。

背景技术

现有技术中，建筑钢结构中“狗骨式”节点是钢结构一种新型节点形式。“狗骨式”节点的设计思想是削弱部分的梁，在试验载荷的大震作用下，使塑性铰偏离节点核心区，出现在延性较大的梁上，即通过削弱梁来保护节点，起到保险丝作用，实现“强柱弱梁”；但实际中，由于以往“狗骨式”节点效果在实际运用时，仍然以梁与柱的焊接效果为主要依赖，且以现有“狗骨式”节点无法有效的保证梁与柱的焊接节点的断裂滞后于现有狗骨式”节点；另外，针对普通节点塑性区小的缺陷。

发明内容

本发明要解决现有技术中的建筑钢结构中“狗骨式”节点在实际应用中存在的上述缺陷，提供一种新型装配式防屈曲支撑钢框架结构狗骨式连接节点单元。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：

新型装配式防屈曲支撑钢框架结构狗骨式连接节点单元，，包括：

节点板组件100，位于柱10与梁20之间形成的梁柱节点区域101，并用以连接所述柱10与所述梁20；

防屈曲支撑钢框架结构200，其一端连接在所述节点板组件100上，其另一端连载在另一梁20的一预设固定位置102上；

狗骨式节点节点结构300，其构造在所述梁20的端部；

所述狗骨式节点节点结构300包括：

柱面部310，其具有柱面距离a，所述柱面部310连接所述节点板组件100；

削弱部320，其具有削弱长度b，所述削弱部320与所述柱面部310远离所述节点板组件100的一端连接；

削弱结构330，其形成在所述削弱部320上，且在一俯视方向上看，所述削弱结构330以所述梁20的中心线为对称，构造出向所述削弱部320凹陷的弧形，且该弧形的凹陷深度为削弱深度c；

所述弧形的半径R为4c

当以所述梁20的梁端极限载荷为试验载荷时，塑性铰能够偏离所述梁柱节点区域101，并通过所述狗骨式节点节点结构300传递由所述梁端极限载荷产生的载荷力。

具体地，削弱起始点至柱面距离a为05-0.75的b

其中，所述bf为所述梁20翼缘宽度；

其中，所述hb为所述梁20的截面高度。

具体地，获得所述弧形的半径R，且能够使得所述梁20的梁端极限载荷为试验载荷时，塑性铰能够偏离所述梁柱节点区域101，并通过所述狗骨式节点节点结构300传递由所述梁端极限载荷产生的载荷力的方法，包括：

步骤一、获得梁全截面塑性弯矩、试件梁端极限荷载、柱面弯矩；

步骤二、比较柱面弯矩和梁全截面塑性抵抗矩，使柱面弯矩和梁全截面塑性抵抗矩的比率控制在0.85～1.0范围内；

步骤三、获得柱腹板节点域剪力、柱腹板节点域抗剪承载力；

当柱腹板节点域剪力大于柱腹板节点域抗剪承载力时，通过强柱弱梁验算；

所述强柱弱梁验算结果是否得到所述塑性铰偏离节点梁柱节点区域101出现在梁20上，以获得防屈曲支撑钢框架结构中支撑与梁、柱交界处的节点板组件，使梁的端部的塑性铰位置向梁跨中方向迁移。

具体地，所述节点板组件100包括：

第一节点板110，其构造成直角梯形状；

所述第一节点板110的底边与所述梁20焊接连接；

第一节点板110的直角侧边固定连接有：

第一断面板111，其与所述第一节点板110垂直且固定连接；

所述第一断面板111与所述柱10的一侧通过高强度螺栓连接。

具体地，所述防屈曲支撑钢框架结构200位于所述梁柱节点区域101的一端构造出十字型断面103；

所述第一节点板110通过高强度螺栓连接十字型断面103上。

具体地，还包括有：

多个连接盖板104，用以螺接在所述第一节点板110和所述十字型断面103的连接处以便于用以连接的多个定位螺栓孔的定位。

具体地，还包括有：

第二节点板120，其为L型钢；

所述第二节点板120通过高强度螺栓固定在所述梁20的本体及柱10的翼缘上；

具体地，所述梁20的两侧均设置有所述第二节点板120，且连接时具有位置相同的连接螺孔。

具体地，还包括有：

第三节点板130，其为L型钢；

所述第三节点板130通过高强度螺栓固定在所述梁20的翼缘和所述柱10的翼缘上。

具体地，所述梁20包括多个连续的梁翼缘单元202，所述狗骨式节点节点结构300形成在所述梁柱节点区域101为起点计算的第二个梁翼缘单元202上。

本发明具有以下的有益效果：

本技术方案能够超过规范2％的弹塑性位移角限值，削弱截面的梁翼缘充分发展塑性，形成塑性铰，防屈曲支撑钢框架结构在经历了反复的拉压塑性变形后，耗散了大量能量，最终无约束连接段发生屈曲。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的狗骨式节点节点结构的结构示意图；

图3为本发明的名称节点板组件的结构示意图；

图4为本发明的新型狗骨式节点防屈曲支撑钢框架结构体系的示意图；

图5为本发明的新型狗骨式节点防屈曲支撑钢框架结构体系的结构构件屈服顺序；

图6为本发明的结构荷载—顶点位移滞回曲线；

图7为本发明的结构荷载—顶点位移骨架曲线。

图中的附图标记表示为：

柱10、梁20

节点板组件100、防屈曲支撑钢框架结构200、梁柱节点区域101、预设固定位置102、狗骨式节点节点结构300；

柱面部310、削弱部320、削弱结构330；

柱面距离a、削弱长度b、削弱深度c、弧形的半径R；

第一节点板110、第一断面板111、十字型断面103、连接盖板104；

第二节点板120、第三节点板130、第二个梁翼缘单元202；

第一位置点1、第二位置点2、第三位置点3、第四位置点4、第五位置点5、第六位置点6、第七位置点7、第八位置点8、第九位置点9、第十位置点10；

第十一位置点11、第十二位置点12、第十三位置点13、第十四位置点14、第十五位置点15、第十六位置点16、第十七位置点17、第十八位置点18。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围；需要说明的是，本申请中为了便于描述，以当前视图中“左侧”为“第一端”，“右侧”为“第二端”，“上侧”为“第一端”，“下侧”为“第二端”，如此描述的目的在于清楚的表达该技术方案，不应当理解为对本申请技术方案的不当限定。

本技术方案的目的在于实现“强柱弱梁”；但实际中，由于以往“狗骨式”节点效果在实际运用时，仍然以梁与柱的焊接效果为主要依赖，且以现有“狗骨式”节点无法有效的保证梁与柱的焊接节点的断裂滞后于现有狗骨式”节点；另外，针对普通节点塑性区小的缺陷。本技术方案能够避免了梁、柱的塑性铰出现在内力状态最为复杂的梁柱防屈曲支撑相交界面，结构构件屈服顺序，防屈曲支撑屈服后，狗骨区域形成塑性铰，提高了钢框架结构延性，并与高延性的防屈曲支撑相匹配，结构各部件都发展了很好的局部延性，从而提高了结构整体延性。

请参阅图1-4所示，新型装配式防屈曲支撑钢框架结构狗骨式连接节点单元，包括：节点板组件100，位于柱10与梁20之间形成的梁柱节点区域101，并用以连接所述柱10与所述梁20；防屈曲支撑钢框架结构200，其一端连接在所述节点板组件100上，其另一端连载在另一梁20的一预设固定位置102上；狗骨式节点节点结构300，其构造在所述梁20的端部；

所述狗骨式节点节点结构300包括：

柱面部310，其具有柱面距离a，所述柱面部310连接所述节点板组件100；削弱部320，其具有削弱长度b，所述削弱部320与所述柱面部310远离所述节点板组件100的一端连接；削弱结构330，其形成在所述削弱部320上，且在一俯视方向上看，所述削弱结构330以所述梁20的中心线为对称，构造出向所述削弱部320凹陷的弧形，且该弧形的凹陷深度为削弱深度c；

所述弧形的半径R为4c

当以所述梁20的梁端极限载荷为试验载荷时，塑性铰能够偏离所述梁柱节点区域101，并通过所述狗骨式节点节点结构300传递由所述梁端极限载荷产生的载荷力。

本发明提供的技术方案是首次将防屈曲支撑钢框架结构200与一则可实施的狗骨式节点节点结构300作出的结合，如此构建了本技术方案的结构单元，以本技术方案的结构单元形成的结构体系中，整体的中支撑、节点延性相匹配，结构整体延性和抗震性能提高。

在一个具体地的实施方式中，削弱起始点至柱面距离a为05-0.75的b

其中，所述bf为所述梁(20)翼缘宽度；

其中，所述hb为所述梁(20)的截面高度。

在该实施方式中，本技术方案提出了详细的技术方案，以使得狗骨式节点节点结构300具有具体的实施例参考，如此应用于试验和实践。

在一个具体地的实施方式中，获得所述弧形的半径R，且能够使得所述梁20的梁端极限载荷为试验载荷时，塑性铰能够偏离所述梁柱节点区域101，并通过所述狗骨式节点节点结构300传递由所述梁端极限载荷产生的载荷力的方法，包括：

步骤一、获得梁全截面塑性弯矩、试件梁端极限荷载、柱面弯矩；

步骤二、比较柱面弯矩和梁全截面塑性抵抗矩，使柱面弯矩和梁全截面塑性抵抗矩的比率控制在0.85～1.0范围内；

步骤三、获得柱腹板节点域剪力、柱腹板节点域抗剪承载力；

当柱腹板节点域剪力大于柱腹板节点域抗剪承载力时，通过强柱弱梁验算；所述强柱弱梁验算结果是否得到所述塑性铰偏离节点梁柱节点区域101出现在梁20上，以获得防屈曲支撑钢框架结构中支撑与梁、柱交界处的节点板组件，使梁的端部的塑性铰位置向梁跨中方向迁移。

在一个具体地的实施方式中，所述节点板组件100包括：第一节点板110，其构造成直角梯形状；所述第一节点板110的底边与所述梁20焊接连接；第一节点板110的直角侧边固定连接有：第一断面板111，其与所述第一节点板110垂直且固定连接；所述第一断面板111与所述柱10的一侧通过高强度螺栓连接。

在一个具体地的实施方式中，所述防屈曲支撑钢框架结构200位于所述梁柱节点区域101的一端构造出十字型断面103；所述第一节点板110通过高强度螺栓连接十字型断面103上。

在一个具体地的实施方式中，还包括有：多个连接盖板104，用以螺接在所述第一节点板110和所述十字型断面103的连接处以便于用以连接的多个定位螺栓孔的定位。

在一个具体地的实施方式中，还包括有：第二节点板120，其为L型钢；所述第二节点板120通过高强度螺栓固定在所述梁20的本体及柱10的翼缘上；

在一个具体地的实施方式中，所述梁20的两侧均设置有所述第二节点板120，且连接时具有位置相同的连接螺孔。

在一个具体地的实施方式中，还包括有：第三节点板130，其为L型钢；

所述第三节点板130通过高强度螺栓固定在所述梁20的翼缘和所述柱10的翼缘上。

在一个具体地的实施方式中，所述梁20包括多个连续的梁翼缘单元202，所述狗骨式节点节点结构300形成在所述梁柱节点区域101为起点计算的第二个梁翼缘单元202上。

本技术方案在具体实施中，在柱10与梁20形成钢框架并与防屈曲支撑钢框架结构200之前，需要把把梁20与柱10精确相连焊接，如此才能保证梁柱节点区域101的精确位置。

防屈曲支撑钢框架结构200连接使用小的L型件、大的L型件以及螺栓实现装配式连接，梁柱节点区域节点板与梁采用焊接，与柱10采用螺栓连接。梁柱相交的腋部三角形连接板采用十字型断面103，具体地，可通过8块连接盖板104及高强度螺栓与防屈曲支撑钢框架结构200连接，能够确保第一节点板110、十字型断面103与连接盖板104螺栓孔的准确对位。对第一节点板110的钢板进行喷砂处理，用M16高强螺栓将其连接，并对螺栓施加预紧力。

对钢框架结构进行侧向往复循环荷载加载试验，同时柱顶施加竖向作用模拟重力荷载；将本技术方案中的狗骨式节点节点结构300按照如附图5中所示，引入防屈曲支撑钢框架结构200中，在实际应用中，以此来控制塑性铰出现在适宜位置；

这种全新的研究思路，在通过试验后获得了意料之外的技术效果，第一有效避免了梁20的柱塑性铰出现在内力状态最为复杂的梁、柱防屈曲支撑相交界面；第二、参阅附图5的柱10、梁20、防屈曲支撑钢框架结构200形成的结构构件屈服顺序，防屈曲支撑钢框架结构200、狗骨式节点节点结构300，提高了钢框架结构延性，并与高延性的防屈曲支撑相匹配，结构各部件都发展了很好的局部延性，从而提高了结构整体延性；第三、最终本技术方案构成的结构体系最终整体位移角达到2％，超过我国抗震规范2％的弹塑性位移角限值。

第四、最为显著的梁腹板发生了明显的屈服，狗骨节点削弱截面的梁翼缘充分发展塑性，形成显著的塑性铰，并发生屈曲。

第五、防屈曲支撑在经历了反复的拉压塑性变形后，耗散了大量能量，最终无约束连接段发生屈曲。

本技术方案中的狗骨式节点节点结构300的关键设计参数可参照如下方式：

(1)在一个具体实施方式中，可参阅规范《ASIC 358-10》中对RBS节点尺寸设计的要求；

各削弱参数取值范围为：削弱起始点至柱面距离a＝(0.50～0.75)b

(2)梁全截面塑性弯矩为

M

式中W

f

(3)试件梁端极限荷载为：

式中M

W

C

R

L

(4)柱面弯矩为：

M

式中L

(5)比较柱面弯矩和梁全截面塑性抵抗矩，使M

(6)柱腹板节点域剪力为：

柱腹板节点域抗剪承载力为：

式中h

h

V

t

t

当V

(7)强柱弱梁验算

∑W

W

N——柱轴向压力设计值；

A

f

f

η——强度系数，η≥1.0。

为了更加详细的说明，本技术方案获得的有益的技术效果，以体现在“强柱弱梁”的作用及使得塑性铰能够有效作用于狗骨式节点节点结构300(在基于本技术方案提出的屈服顺序下)，本申请提供两方面数据以证明本申请所声称的技术效果。

本申请提供一组具体的试验例以说明防屈曲支撑钢框架结构200、狗骨式节点节点结构300以及节点板组件100对于塑性铰的影响，请结合附图5、附表1，本发明的新型狗骨式节点防屈曲支撑钢框架结构体系的结构构件屈服顺序中，防屈曲支撑钢框架结构200构造出如附图5中的体系的试验例，请参阅附表1及相关说明。

表1试验例

另外，请参阅附图6、附图7所示，本技术方案中附图6、7为结构体系荷载—位移滞回曲线和骨架曲线；

滞回曲线各圈的关键数据请参阅表2、表3，即每一圈正负向最大位移(最大荷载)对应点的坐标，以及荷载为零时与正负向荷载值组成两个坐标点。每个荷载幅值选一圈作为代表)。

表2结构荷载—顶点位移滞回曲线数据表

表3结构荷载—顶点位移滞回曲线数据表

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。